一种定向凝固过程铸件雀斑缺陷数值预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108897967A(43)申请公布日2018.11.27(21)申请号201810759124.6(22)申请日2018.07.11(71)申请人哈尔滨理工大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人刘东戎赵红晨任莹朱泓宇郭二军(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人岳泉清(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书8页说明书12页附图7页(54)发明名称一种定向凝固过程铸件雀斑缺陷数值预测方法(57)摘要一种定向凝固过程铸件雀斑缺陷数值预测方法，本发明涉及定向凝固过程铸件雀斑缺陷数值预测方法。本发明的目的是为了解决现有实验手段研究雀斑缺陷极易造成资源浪费问题，雀斑数值预测不考虑模壳初始温度分布状态、加热炉对模壳的加热、模壳在加热炉中非中心位置放置的问题，以及蒙特卡洛射线法计算换热角系数计算量大的问题。过程为：一、对铸造系统进行网格剖分；二、基于步骤一计算辐射换热角系数；三、获得模壳温度场文件shelltem.dat；四、记录每个char＝0的网格所对应的平均成分值、固相分数和温度，记录每个char＝2的模壳网格和每个char＝4的冷铁网格的温度。本发明用于铸件雀斑缺陷数值预测领域。CN108897967ACN108897967A权利要求书1/8页1.一种定向凝固过程铸件雀斑缺陷数值预测方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、对铸造系统进行网格剖分，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向采用相同的网格剖分步长，即△x＝△y＝△z米，网格的标号为(i,j,k)char；下角标char＝2表示模壳网格，下角标char＝0表示铸件网格，下角标char＝7表示加热炉中的气体网格，下角标char＝15表示加热炉的内壁网格，下角标char＝4表示冷铁网格；步骤二、基于步骤一计算辐射换热角系数；步骤二(一)、辐射换热发生在模壳最外层网格与加热炉内壁网格之间；步骤二(二)、确定模壳最外层网格；步骤二(三)、当垂直于Z轴的模壳截面形状为长方形或正方形时，计算辐射换热角系数；步骤二(四)当垂直于Z轴的模壳截面形状为圆形时，计算辐射换热角系数；步骤三、针对每一个模壳网格，即char＝2的网格(i,j,k)，计算模壳在加热炉中的升温过程；加热过程从0s开始，时间步长为0.01s，直至每一个模壳网格温度达到稳态，保存模壳温度场数据文件shelltem.dat；Tshell-ini为模壳所允许的最高温度，与加热炉温度Tfur相同；步骤四、计算相图数据；将步骤三中所获得的模壳温度场文件shelltem.dat作为模壳初始温度；针对模壳网格，即char＝2的网格，计算能量守恒方程，获得定向凝固过程中X、Y和Z方向上温度场分布；针对冷铁网格，即char＝4的网格，计算能量守恒方程，获得定向凝固过程中X、Y和Z方向上温度场分布；针对铸件网格，即char＝0的网格，计算能量守恒方程、成分守恒方程和动量守恒方程，获得定向凝固过程中X、Y和Z方向上温度场分布、固相分数场分布和速度场分布；直到所有char＝0的网格(i,j,k)char的固相分数大于0.95；记录每个char＝0的网格所对应的平均成分值Cmix、固相分数fs和温度Tcast，记录每个char＝2的模壳网格和每个char＝4的冷铁网格的温度。2.根据权利要求1所述一种定向凝固过程铸件雀斑缺陷数值预测方法，其特征在于：所述步骤一中对铸造系统进行网格剖分，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向采用相同的网格剖分步长，即△x＝△y＝△z米，网格的标号为(i,j,k)char；下角标char＝2表示模壳网格，下角标char＝0表示铸件网格，下角标char＝7表示加热炉中的气体网格，下角标char＝15表示加热炉的内壁网格，下角标char＝4表示冷铁网格；具体过程为：对铸造系统进行网格剖分，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向采用相同的网格剖分步长，即△x＝△y＝△z米，网格的标号为(i,j,k)char；其中1×10-3≤△x≤2×10-3米，1×10-3≤△y≤2×10-3米，1×10-3≤△z≤2×10-3米；所述铸造系统包括模壳、铸件、加热炉中的气体、加热炉的内壁、冷铁；所述模壳位于加热炉中，铸件位于模壳中，模壳和铸件位于冷铁上；所述，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向为以加热炉为基准的三维直角坐标系；下角标char＝2表示模壳网格，下角标char＝0表示铸件网格，下角标char＝7表示加热炉中的气体网格，下角标char＝15表示加热炉的内壁网格，下角标char＝4表示冷铁网格；其中i,j和k均为整数，1≤i≤LT，1≤j≤MT,1≤k≤NT；2CN108897967A权利要求书2/8